Lagedruk Vapor-bijgewoonde oplossingsproces voor afstembare Band Gap Pinhole-vrije Methylammonium lood halogenide perovskiet Films

Carolin M. Sutter-Fella; Yanbo Li; Nicola Cefarin; Aya Buckley; Quynh Phuong Ngo; Ali Javey; Ian D. Sharp; Francesca M. Toma

doi:10.3791/55404

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Lagedruk Vapor-bijgewoonde oplossingsproces voor afstembare Band Gap Pinhole-vrije Methylammonium lood halogenide perovskiet Films

9.2K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/55404

⸱

8 september 2017

Carolin M. Sutter-Fella^*¹^,²^,³ , Yanbo Li^*¹^,⁴ , Nicola Cefarin¹^,⁵^,⁶ , Aya Buckley¹^,⁷ , Quynh Phuong Ngo⁸^,⁹ , Ali Javey²^,³ , Ian D. Sharp¹ , Francesca M. Toma¹

¹Joint Center for Artificial Photosynthesis, Chemical Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ²Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, ³Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ⁴Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China, ⁵Department of Physics, Graduate School of Nanotechnology, University of Trieste, ⁶TASC Laboratory, IOM-CNR - Istituto Officina dei Materiali, ⁷Department of Chemistry, University of California, Berkeley, ⁸Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, ⁹Joint Center for Artificial Photosynthesis, Lawrence Berkeley National Laboratory

^* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol voor de synthese van₃₃NH CH I en CH₃NH₃Br precursoren en de daaropvolgende vorming van pinhole-vrije, continue CH₃NH₃PbI_3-xBr_x dunne lagen voor de toepassing in hoge efficiëntie zonnecellen en andere opto-elektronische apparaten.

Samenvatting

Organo-lead halogenide perovskites hebben onlangs trok veel belangstelling voor potentiële toepassingen in dunne-film fotovoltaïsche zonne-energie en opto-elektronica. Hierin presenteren wij een protocol voor de fabrikatie van dit materiaal via de lagedruk damp bijgestaan oplossing proces (LP-VASP) methode, die ~ 19% energie conversie-efficiëntie in vlakke heterojunctie perovskiet zonne-cellen levert. Eerst, rapporteren we de synthese van methylammonium jodide (CH₃NH₃ik) en methylammonium bromide (CH₃NH₃Br) van methylamine en het bijbehorende halogenide zuur (HI of HBr). Vervolgens beschrijven we de fabricage van pinhole-vrije, continue methylammonium-lead halogenide perovskiet (CH₃NH₃PbX₃ met X = ik, Br, Cl en hun mengsel) films met de LP-VASP. Dit proces is gebaseerd op twee stappen: i) spin-coating van een homogene laag van lood halogenide voorloper op een substraat, en ii) conversie van deze laag naar CH₃NH₃PbI_3-xBr_x door het substraat te dampen uit een mengsel van CH bloot te leggen ₃ NH₃I en CH₃NH₃Br bij verlaagde druk en 120 ° C. We bereiken via trage diffusie van de methylammonium halogenide damp in de voorloper van de lood-halogenide, langzame en gecontroleerde groei van een continue, pinhole-gratis perovskiet film. De LP-VASP biedt synthetische toegang tot de volledige halogenide samenstelling ruimte in CH₃NH₃PbI_3-xBr_x met 0 ≤ x ≤ 3. Afhankelijk van de samenstelling van de damp-fase, de bandgap kan worden afgestemd tussen 1,6 eV ≤ E_g≤ 2.3 eV. Bovendien, door het variëren van de samenstelling van de voorloper van het halogenide van de damp-fase, kunnen we ook verkrijgen CH₃NH₃PbI_3-xCl_x. Films die zijn verkregen van de LP-VASP zijn reproduceerbaar, puur zoals bevestigd door röntgendiffractie metingen en Toon hoge fotoluminescentie quantumrendement fase. Het proces is niet vereist voor het gebruik van een handschoenenkast.

Inleiding

Hybride organisch-anorganische lood halogenide perovskites (CH₃NH₃PbX₃, X = I, Br, Cl) zijn een nieuwe klasse van halfgeleiders die snel is ontstaan in de afgelopen jaren. Deze materiële klasse bevat uitstekende halfgeleider eigenschappen, zoals hoge absorptie coëfficiënt¹afstembare bandgap², lange gratis vervoerder diffusie lengte³, hoge defect tolerantie⁴en hoge fotoluminescentie Quantum opbrengst⁵^,⁶. De unieke combinatie van deze kenmerken maakt halogenide perovskites zeer aantrek....